CN204096061U - 一种新型的内河船舶吃水自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，该系统包括：船舶监测部分、信号传输部分、后台控制部分、警示设备、客户端部分，其中，船舶监测部分包括了航道两侧的铁塔、铁塔上的测距传感器视频联动装置和带云台的传感器、以及航道两侧的测距浮标。所述船舶监测部分是航道船舶超载超吃水监控系统的前沿部分，包括AIS信号接收器、位于航道两侧的两个铁塔、每个铁塔下方衡杠上的测距传感器、设置于每个铁塔上的视频联动装置和带云台的传感器以及航道两侧的测距浮标。通过云台前后滑动对过往船只进行垂直扇形扫描本实用新型中的系统以航道两边的铁塔为基础，能够准确、精细的探测船只的位置信息。

Description

一种新型的内河船舶吃水自动监测系统

技术领域

本发明属于自动测量技术范畴，具体涉及一种基于带高精度云台的毫米波雷达(激光)传感器与视频分析的内河船舶吃水自动监测系统及方法。

背景技术

实际船舶干舷高度一般是指沿舷侧自水线面量至上层连续甲板(干舷甲板)边线的垂直距离；实际船舶吃水深度一般是指沿舷侧自水线面量至船舶底部最低点的垂直距离。长江干线航道近些年来“超载”、“超吃水”现象较为严重，形势不容乐观。

目前治理“超载”、“超吃水”主要靠海事部门在船舶签证时，严查船舶证书，核对船舶干舷高度、吃水深度；同时，加强现场巡航、巡查力度，并强化安全宣传。这种治理方式海事部门投入了巨大的人力、物力、财力，无形中增加了海事管理的成本。

现有的船舶超载检测方法主要分为两类：一类通过在船舶上安装特定的传感器进行检测，另一类主要依靠视频分析进行超载测量。前者有明显的缺陷，船主为了超载谋利会想方设法破坏或影响安装在各自船舶上的传感器的工作状态，从而使得测量数据的准确性不可信；而后者仅仅依靠视频分析来进行测量，则很难达到较高的测量精度，且测量结果极容易收到天气状况，光照条件等因素的影响。

现有技术中有相关技术文件解决了上述问题，中国专利CN102730166A的专利曾公开了相关的技术，但是该系统探测船只通过时只能以桥梁为依托来进行探测，无法准确的了解船只在整个航道上的具体位置信息，例如，船只是否沿着正确的航道，是否有偏离等等。现在就需要一种监测系统，在原有技术的基础上，能够准确、精细的探测船只的位置信息，进而方便指导船只航行；并且在航道上端设置桥梁，这就对船只的出水高度做出了限定，当水位较高的时候，本身较大的船只由于受到桥梁高的限定就无法通过该航道，这也对船只航行提出挑战。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种新型的内河船舶吃水自动监测系统。

本实用新型技术方案如下所述：

一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，该系统包括：

船舶监测部分，用于扫描过往船只，对其型号、形状、尺寸参数信息进行采集确认，并测定该船只的距离及传感器到水面的高度，

信号传输部分，用于将船舶监测部分所监测的数据信息传输至后端的控制部分，

后台控制部分，用于控制船舶监测部分及信号传输部分的工作状态，接收信号传输部分输入的监测数据，并对该监测数据进行运算处理以及启动警示设备，

警示设备，用于对违规船只发出警示信息，

客户端部分，用于实现远程监控功能，

其特征在于，所述船舶监测部分是航道船舶超载超吃水监控系统的前沿部分，包括AIS信号接收器、位于航道两侧的两个铁塔、每个铁塔下方衡杠上的测距传感器、设置于每个铁塔上的视频联动装置和带云台的传感器以及航道两侧的测距浮标；

所述视频联动装置与水面成0°-90°夹角，分别用于监控上下水航向的船舶；

所述带云台的传感器以与水平面垂直的方式安装，通过云台前后滑动对过往船只进行垂直扇形扫描。

进一步的，所述每个铁塔上的视频联动装置至少为一个。

进一步的，所述每个铁塔上的带云台的传感器至少为一个。

进一步的，所述警示设备为警示灯和警号中的一种或两种。

进一步的，所述信号传输部分为连接于船舶监测部分与后台控制部分之间的光纤。

进一步的，所述信号传输部分为设置于船舶监测部分上的无线发送装置及设置于后台控制部分上的无线接收装置。

根据上述结构的本实用新型，其有益效果在于，本实用新型能够实时监测并识别出通航船舶的吃水深度、干舷高度、以及船舶型号等相关信息；本实用新型的系统可以布设在航道的两边的铁塔上，具有测量精度高、控制灵活、实时性好、速度快等诸多优点；另外，本实用新型中的系统以航道两边的铁塔为基础，能够准确、精细的探测船只的位置信息，探测船只与航道两侧的距离，其监测结果更加精准，避免了与航道两侧相碰的危险发生；本实用新型可适应不同的航道，无论水位是否较高，都能保证船只正常通行，不会因水位高低及船只出水高度而阻碍船只通行。

附图说明

图1为本实用新型系统工作原理框图。

图2为本实用新型系统安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：

如图1及图2所示为本实用新型的一种新型的内河船舶吃水自动监测系统系统工作原理框图及安装结构示意图。

1)船舶监测部分

船舶监测部分是航道船舶超载超吃水监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”，包括AIS信号接收器，设置于铁塔1下方衡杠上的测距传感器5，设置于铁塔7下方衡杠上的测距传感器10，铁塔1上设有至少一个视频联动装置3和至少一个带云台的传感器4，铁塔7上设有至少一个视频联动装置8和至少一个带云台的传感器9，航道两侧的测距浮标6和11。

视频联动装置3、8分别固定于铁塔1、铁塔7，与水面成0°-90°夹角，分别用于监控上下水航向的船舶。在铁塔上以与水平面垂直方式安装两个以上(视需监测的航道宽度而定)的带云台的传感器4、9，通过云台前后滑动对上、下水航道的过往船只进行垂直扇形扫描。

预先在电子航道图中标定监控线所在的位置，当船舶经过该监控线附近时，监测系统会发出指令让AIS信号接收器不间断把来自AIS天线的船舶AIS信号接收下来，由AIS数据处理器提取船舶动态数据，包括船名、船舶型号、经纬度坐标、航向、航速、目的港等，记录到船舶动态数据库中。也就是说在确定的时间点，船舶的位置也是确定的。通过AIS关于船舶航向、位置和船舶长度的三项数据信息，准确获取船舶的真实船名，然后向监测系统各设备发出船舶进入监控指令。针对不开AIS船舶，可用视频监控及传感器获取该船舶的图像数据与当前行驶时间的经纬度数据，同时向系统发出船舶进入监测指令。

视频联动装置3、视频联动装置8分别安装在铁塔1、铁塔7上使其能侦察到过往船只，判断其是否在正常的行驶航道，并根据船只与铁塔之间的距离来控制传感器的工作状态，当船只进入监测距离时，指令雷达开始监测。为了减少摄像机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，在摄像机上加装智能的、可遥控的、可变焦距镜头，使摄像机所能观察的图像分辨率更高，捕捉图像的速度更快，同时通过控制器的控制，可以使摄像机进行水平和垂直方向的旋转，从而使摄像机能覆盖到的角度、面积更大。总之，带高精度云台的毫米波雷达(激光)传感器与视频联动装置就像整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为数据与图像信号，传送给控制中心的监测软件系统上。

2)信号传输部分

信号传输部分就是系统数据信号、图像信号、控制信号等的通道，用于将船舶监测部分所监测的数据信息传输至后端的控制部分。为了确保数据传输的实时与精确，传输方式可采用高强度耐候性光纤。考虑到安装与后期维护的方便也可采用射频传输、公共频段传输及GPRS传输等方式。有线数据接口有：RS458、RS232、RS422。

3)后台控制部分

控制部分是整个系统的“心脏”和“大脑”，是实现整个系统功能的指挥中心。控制部分主要由数据监测控制报警系统组成。数据监测控制报警系统主要的功能有：测量数据与图像信号分配与放大、测量数据的校正与补偿、切换、记录等；对带高精度云台的毫米波雷达(激光)传感器、摄像机、电动变焦镜头、等进行控制，以完成对被监视场所全面、详细的监视或跟踪监视；对系统防区进行布防、撤防等功能。当前端防区有违规船舶驶入时，报警信号传送到控制中心，可以显示报警防区、联动警号、闪灯、摄像机等设备。

当系统有多路远距离信号传输时，还应根据远距离信号传送的方式，如视频传输、光纤传输、射频平衡式传输等等，考虑在控制台中是否应增设解调装置以对应光纤传输或射频传输、补偿装置以对应视频传输、还原装置以对应平衡式视频传输以及远端切换控制器装置以对应数据传输的远端切换方式等等。

4)警示设备

警示设备为警示灯和警号中的一种或两种，或其它可对声光设备等，用于对违规船只发出警示信息。

5)客户端部分

一般分为普通客户端用户和WEB客户端(B/S模式)两种模式。普通客户端主要通过专用客户端软件来实现远程监控功能，而WEB客户端(B/S模式)直接通过IE浏览器输入监控系统服务器的IP地址或WEB地址即可实现远程监控，因此相对来说操作性上更加便捷。

实施例一

当船舶开启AIS系统时，系统的监控过程为：

①,在接收到“船舶驶入”指令后，启动铁塔1上安装的带云台的传感器4对船舶2围板至船沿的甲板进行扫描测量出传感器到船舶2甲板的距离s，同时测距传感器5对固定于其正下方水面上的测距浮标6发出激光，测出测距传感器5到水面的高度h1。

②，通过带云台的传感器4所在的高精度云台给出扫描到甲板的射线与本传感器到水面的垂直射线形成的夹角度数r。

③，信号传输部分将上述测得的高度h1、直线距离s及夹角度数r传输至后台控制部分；

④，后台控制部分接收信号传输部分输入的高度h1、直线距离s及夹角度数r，并同步调取由AIS信号接收器提取的船舶数据信息得出船干弦高度h3；

⑤，后台控制部分经过计算得出:测量传感器到船舶甲板的高度h2＝s·cosr，从系统中取出固定已知的两个传感器之间的距离h5,船身干舷高度h4＝(h1+h5)-h2＝(h1+h5)-s·cosr，则得出船舶实际吃水深度

h＝h3-h4＝h3-((h1+h5)-s·cosr)；

⑥，在获取当前船舶的实际干舷高度和吃水深度以后，与船舶基础数据干舷值及吃水报警预设的信息进行比对，如达到报警设置值，即实际干舷超证书规定值、实际吃水超设定值时，则向监控系统发送数据控制信息，将船舶超载超吃水数据信息及图像信息保存在监控系统数据库中，并对该违规船只发出警示信息。

⑦，船舶驶过后，整个系统进入待机监测状态，等待下一个船舶的驶入，即转入过程①。

实施例二

当船舶开启AIS系统时，系统的监控过程为：

①,在接收到“船舶驶入”指令后，启动铁塔7上安装的带云台的传感器9对船舶2围板至船沿的甲板进行扫描测量出传感器到船舶2甲板的距离s1，同时测距传感器10对固定于其正下方水面上的测距浮标11发出激光，测出测距传感器10到水面的高度h6。

②，通过带云台的传感器9所在的高精度云台给出扫描到甲板的射线与本传感器到水面的垂直射线形成的夹角度数r1。

③，信号传输部分将上述测得的高度h1、直线距离s1及夹角度数r1传输至后台控制部分；

④，后台控制部分接收信号传输部分输入的高度h1、直线距离s1及夹角度数r1，并同步调取由AIS信号接收器提取的船舶数据信息得出船干弦高度h3；

⑤，后台控制部分经过计算得出:测量传感器到船舶甲板的高度h7＝s·cosr，从系统中取出固定已知的两个传感器之间的距离h8,船身干舷高度h4＝(h6+h8)-h7＝(h1+h5)-s1·cosr1，则得出船舶实际吃水深度

h＝h3-h4＝h3-((h6+h8)-s1·cosr1)；

⑥，在获取当前船舶的实际干舷高度和吃水深度以后，与船舶基础数据干舷值及吃水报警预设的信息进行比对，如达到报警设置值，即实际干舷超证书规定值、实际吃水超设定值时，则向监控系统发送数据控制信息，将船舶超载超吃水数据信息及图像信息保存在监控系统数据库中，并对该违规船只发出警示信息。

⑦，船舶驶过后，整个系统进入待机监测状态，等待下一个船舶的驶入，即转入过程①。

实施例三

当船舶为故意躲避监控而不开启AIS系统时，监测部分的AIS信号接收器便无从接收船舶信息，对其监控便成为盲区。为避免上述现象发生，本实用新型还同步提供了当船舶没有开启AIS系统时，对其进行自动监测的方法，该自动监测方法包括如下步骤：

①,预先在铁塔上固定船舶监测部分，并在电子航道图中标定监控线所在的位置，当船舶经过该监控线位置时，视频联动装置3监控到船舶进入信息，向各设备发出“船舶进入”的监控指令；

②,测距传感器5接收到“船舶进入”的监控指令后，向固定于其正下方的测距浮标6发出激光，测出测距传感器到水面的高度h1；

③，带云台的传感器4接收到“船舶进入”的监控指令后，传感器以角度r向下扫描监测船舶，得出其与船舶甲板之间的直线距离s；

④，信号传输部分将上述测得的高度h1及直线距离s传输至后台控制部分；

⑤，后台控制部分接收信号传输部分输入的高度h1及直线距离s，从系统中取出固定已知的两个传感器之间的距离h5,经过计算得出:测量传感器到船舶甲板的高度h2＝s·cosr，则计算出船身干舷高度h4＝h1-h2＝h1-s·cosr；从系统中取出固定已知的两个传感器之间的距离h5,船身干舷高度h4＝(h1+h5)-h2＝(h1+h5)-s·cosr，则得出船舶实际吃水深度

h＝h3-h4＝h3-((h1+h5)-s·cosr)；

⑥，后台控制部分将该干舷高度h4与海事部门核定的该类型船舶最小干舷值进行比较；

⑦，若比较得出该干舷高度h4小于海事部门核定的该类型船舶最小干舷值，则向船舶监测部分发送数据控制信息，将船舶超载超吃水数据信息及图像信息保存在监测部分数据库中并触发警示设备对该违规船只发出警示信息；若船舶干舷高度h4大于海事部门核定的该类型船舶最小干舷值，则整个系统进入待机监测状态，等待下一个船舶的驶入。

实施例四

当船舶为故意躲避监控而不开启AIS系统时，监测部分的AIS信号接收器便无从接收船舶信息，对其监控便成为盲区。为避免上述现象发生，本实用新型还同步提供了当船舶没有开启AIS系统时，对其进行自动监测的方法，该自动监测方法包括如下步骤：

①,预先在铁塔上固定船舶监测部分，并在电子航道图中标定监控线所在的位置，当船舶经过该监控线位置时，视频联动装置8监控到船舶进入信息，向各设备发出“船舶进入”的监控指令；

②,测距传感器10接收到“船舶进入”的监控指令后，向固定于其正下方的测距浮标11发出激光，测出测距传感器到水面的高度h6；

③，带云台的传感器9接收到“船舶进入”的监控指令后，传感器以角度r1向下扫描监测船舶，得出其与船舶甲板之间的直线距离s1；

④，信号传输部分将上述测得的高度h6及直线距离s1传输至后台控制部分；

⑤，后台控制部分接收信号传输部分输入的高度h6及直线距离s1，从系统中取出固定已知的两个传感器之间的距离h8,经过计算得出:测量传感器到船舶甲板的高度h7＝s·cosr，从系统中取出固定已知的两个传感器之间的距离h8,船身干舷高度h4＝(h6+h8)-h7＝(h1+h5)-s1·cosr1，则得出船舶实际吃水深度

h＝h3-h4＝h3-((h6+h8)-s1·cosr1)；

⑥，后台控制部分将该干舷高度h4与海事部门核定的该类型船舶最小干舷值进行比较；

⑦，若比较得出该干舷高度h4小于海事部门核定的该类型船舶最小干舷值，则向船舶监测部分发送数据控制信息，将船舶超载超吃水数据信息及图像信息保存在监测部分数据库中并触发警示设备对该违规船只发出警示信息；若船舶干舷高度h4大于海事部门核定的该类型船舶最小干舷值，则整个系统进入待机监测状态，等待下一个船舶的驶入。

本系统依据《长江三峡库区船舶定线制规定(2005)》中的规则要素为条件设计，系统可24小时不间断进行实时数据联动监测。系统主要监测设备采用高精度毫米波(激光)雷达等技术手段，穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有高测量精度、全天候、全天时的工作特点，传感器在夜间可以排除太阳杂光的影响，更好的回收反射回的测量光束及减少测量时间，所以系统在夜间的监测效果会更好。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，该系统包括：

船舶监测部分，用于扫描过往船只，对其型号、形状、尺寸参数信息进行采集确认，并测定该船只的距离及传感器到水面的高度，

信号传输部分，用于将船舶监测部分所监测的数据信息传输至后端的控制部分，

后台控制部分，用于控制船舶监测部分及信号传输部分的工作状态，接收信号传输部分输入的监测数据，并对该监测数据进行运算处理以及启动警示设备，

警示设备，用于对违规船只发出警示信息，

客户端部分，用于实现远程监控功能，

其特征在于，所述船舶监测部分是航道船舶超载超吃水监控系统的前沿部分，包括AIS信号接收器、位于航道两侧的两个铁塔、每个铁塔下方衡杠上的测距传感器、设置于每个铁塔上的视频联动装置和带云台的传感器以及航道两侧的测距浮标；

所述视频联动装置与水面成0°-90°夹角，分别用于监控上下水航向的船舶；

所述带云台的传感器以与水平面垂直的方式安装，通过云台前后滑动对过往船只进行垂直扇形扫描。

2.根据权利要求1所述的一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，其特征在于，所述每个铁塔上的视频联动装置至少为一个。

3.根据权利要求1所述的一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，其特征在于，所述每个铁塔上的带云台的传感器至少为一个。

4.根据权利要求1所述的一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，其特征在于，所述警示设备为警示灯和警号中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，其特征在于，所述信号传输部分为连接于船舶监测部分与后台控制部分之间的光纤。

6.根据权利要求1所述的一种新型的内河船舶吃水自动监测系统，其特征在于，所述信号传输部分为设置于船舶监测部分上的无线发送装置及设置于后台控制部分上的无线接收装置。